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Erforschung der Prinzipien genetischer Regelkreise

Um ein besseres Verständnis der Zelldifferenzierung zu bekommen, untersuchen wir mit experimentellen Methoden und mathematischen Modellen, wie Gene in Hefe- und Säugetierzellen verschaltet sind und welche Mechanismen diese Netzwerke steuern. 

Genetische Netzwerke sind, um Anpassungsstrategien, Zellentscheidungen und ihre Differenzierung zu steuern, oft auf Rückkopplungsmechanismen, epigenetische Vorgänge auf Ebene der Chromosomen sowie die Regulation des RNA-Umsatzes angewiesen.

Feedback-Regulation bei Anpassungsmechanismen und zellulärem Gedächtnis
Wir entwickeln mathematische Modelle, mit denen wir untersuchen können, wie die Feedback-Regulation die Anpassungsmechanismen und das zelluläre Gedächtnis verbessern. Unsere mathematischen Vorhersagen verifizieren wir anschliessend durch Experimente.

Messung und Schätzung von Systemparametern in vivo
Anpassungsmechanismen hängen vom RNA- und Proteinumsatz ab. Wir entwickeln Ansätze zur Messung dieser beiden Parameter und untersuchen, wie man einen passenden Satz an Parametern findet, wenn zum Beispiel verschiedene Methoden zur Untersuchung der RNA-Halbwertszeit zu unterschiedlichen Ergebnissen führen. Als Grundlage dienen uns Schätzungen zu den echten Parametern.

Stochastische und epigenetische Prozesse
In Eukaryoten werden die Gene durch weitreichende Wechselwirkungen reguliert, die festlegen, ob und welche Kombinationen von Genen auf den Chromosomen abgelesen werden. Viele dieser Wechselwirkungen werden durch epigenetische Modifikationen der Gene vermittelt. Wir haben in Hefezellen herausgefunden, dass die epigenetische Stilllegung von Genen nur dann die Entscheidung des Zellschicksals beeinflusst, wenn beide Enden eines Gens abgeschalten sind. Darüber hinaus untersuchen wir die zufallsbedingte, also stochastische Auswahl von Genen bei der Differenzierung von embryonalen Stammzellen zu Neuronen. Und wir erforschen, wie eine umfassende Kontrolle epigenetischer Signaturen dabei hilft, die Erscheinungsformen von Nervenzellen zu diversifizieren.

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